1. 15.02.2008
DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
FLOTRAN’A GİRİŞ
(Ansys Klasik)
Hazırlayan: Makine Müh. Özhan Yılmaz
Danışmanlar: Doç.Dr. Serhan Küçüka – Doç.Dr. Mehmet Zor
Şubat 2008
Ansys-Flotran’a Giriş 1

2. 15.02.2008
ÖNSÖZ
Birçok mühendislik probleminin çözümü Akışkanlar Mekaniği temelindeki bilgilere
dayanmakta ve Sonlu Elemanlar Yöntemi bu alanda da aktif bir şekilde
kullanılmaktadır. Hazırladığımız bu ilk notların, Ansys-Klasik’in Akışkanlar Mekaniği
modülü FLOTRAN’a yeni başlayanlar için faydalı olması temennisiyle…
Şubat 2008
Ö.Yılmaz, S.Küçüka, M.Zor
Ansys-Flotran’a Giriş 2

3. 15.02.2008
İçindekiler Sayfa
1- Temel Bilgiler 4-16
2- 2 boyutlu Dış Akış Problemi 17-55
3- 2 Boyutlu Laminar Akış Problemi 56-68
Ansys-Flotran’a Giriş 3

4. 15.02.2008
1 TEMEL BİLGİLER
1.1 Programa Giriş
Flotran programı ANSYS tabanında çalışan bir programdır.FLOTRAN’ı çalıştırmak
için ;
-Başlat >Tüm programlar>ANSYS 10.0> ANSYS Product Launcher kısmına
tıklayarak programı çalıştırıyoruz.
-Karşınıza çıkan pencerede lisans kısmında ANSYS Mechanical/FLOTRAN
kısmını seçiyoruz.
-Working Directory kısmında kayıt yapmak istediğiniz alanı Browse tuşuna
basarak ayarlayabilirsiniz.
-Job Name kısmına yaptınız analiz ismini giriniz . Run tuşuna basarak Flotran’ı
başlatıyoruz.
Şekil 1
Ansys-Flotran’a Giriş 4

5. 15.02.2008
1.2 Program Menüleri
Aşağıdaki açılan pencerede kontroller 4 bölümdür.
Şekil 2
1. ANSYS Main menü
2. ANSYS toolbar
3. Utility Menü
4. Pozisyonlama Menüsü
Ansys-Flotran’a Giriş 5

6. 15.02.2008
1.3 Analiz Adımları
Ansys ile yapılan analizlerde şu sıra izlenebilir:
a.Preferences:
b.Preprocessor:
1. Jobname değiştirme
2. Element tipi tanımlama
3. Akışkan tipi tanımlama
4. Modelleme
5. Mesh özellikleri belirlenir ve mesh yapılır.
c.Solution:
1.Sınır koşulları belirlenir.
2.İterasyon sayısı belirlenir
3.Analizin yapıldığı çevre koşullarının belirlenmesi
4.Çözülür
d.Postprocessing:
1.İstenilen değerler ve grafikler elde edilir.
e.Save ve Exit
a.Preferences
Yapılacak analiz tipi seçin..
FLOTRAN CFD seçilerek ok tuşuna basıyoruz.
Şekil 3
Ansys-Flotran’a Giriş 6

7. 15.02.2008
b.Preprocessor:
Ön hazırlıkların yapıldığı kısımdır.
Jobname değiştirme
-Yapacağımız uygulama ismini girmek için aşağıda gösterildiği gibi Utility
Menü>File>Change Job name kısmına giriyoruz.(Şekil 4)
Şekil 4
-New jobname kısmına yapacağınız analizin ismini yazın ve OK tuşuna basın.
Şekil 5
Ansys-Flotran’a Giriş 7

8. 15.02.2008
1.4 Eleman tipi tanımlama
Aşağıdaki şekil 6 de gösterildiği gibi ANSYS Main Menü>Preprocessor>element
type>Add/Edit/Delete giriyoruz.Çıkan elements types penceresinde add tuşuna
tıklayın.Çıkan library of elements types penceresinde FLOTRAN CFD altında
bulunan elementlerden birini seçerek eleman tipini tanımlayın.Bu elemanı seçerken
dikkat etmemiz gereken modelleme şeklimize göre element tipini belirlememiz
gerektiğidir.(2D veya 3D model).
Şekil 6
Ansys-Flotran’a Giriş 8

9. 15.02.2008
1.5 Akışkan tipi tanımlama
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran setup>Fluid properties kısmına tıklatın
çıkan pencerede kullandığınız akışkanın özelliklerini belirleyeceğiz.(Şekil 7)
Şekil 7
Ansys-Flotran’a Giriş 9

10. 15.02.2008
Yukarıda numaralandırılmış akışkan özellikleri şunlardır:
1 > Akışkan malzemenin yoğunluk özelliğinin belirlenmesi
2 > Akışkan malzemenin viskozitesinin özelliğinin belirlenmesi
3 > Akışkan malzemenin iletim katsayısının özelliğinin belirlenmesi
4 > Akışkan malzemenin ısınma ısısı özelliğinin belirlenmesi
Akışkan özelliklerini belirledikten sonra OK tuşuna basıyoruz .Çıkan yeni pencerede
özelliklerin sayısal değerlerini giriyoruz.(constant olarak belirlersek)
Şekil 8
Ansys-Flotran’a Giriş 10

11. 15.02.2008
1.6 Malzeme Özellikleri
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Material props>material model kısmına tıklıyoruz
Materyal gerekli özelliklerini seçiyoruz ve sayısal değerlerini giriyoruz.
Şekil 9
1.7 Modelleme
ANSYS Main Menü>Preprocessor> odeling bu kısımda modelleme özelliklerini
kullanarak modellemeyi gerçekleştiriyoruz.
Şekil 10
Ansys-Flotran’a Giriş 11

12. 15.02.2008
ANSYS toolbar> Save db
1.8 Elemanlara Ayırma (Meshing)
ANSYS Main Menü>Preprocessor>meshing kısmındaki özellikler kullanılarak akış
modelinin sonlu elemanlara bölünmesi sağlanır.bölümleme miktarı ne kadar fazla
olursa gerçek sonuca o kadar yaklaşılır ama işlem süresinde uzar.
Bölümleme boyutları ANSYS Main Menü>Preprocessor>meshing > Size cntrl
Altında yapılır ve çeşitli yöntemleri vardır.
Bölümleme işlemi ANSYS Main Menü>Preprocessor>meshing >mesh altında
yapılır ve isteğe bağlı uygulama şekilleri bulunur.
Şekil 11
Ansys-Flotran’a Giriş 12

13. 15.02.2008
1.9 Sınır Şartları
ANSYS Main Menü>Solution>Define loads>Apply kısmı altında sınır koşulları model
üzerine uygulanır.
Şekil 12
Ansys-Flotran’a Giriş 13

14. 15.02.2008
1.11 İterasyon sayısı belirlenir
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set up>Excution ctrl e girildiğinde
çıkan ekranda EXEC Global iteration kısmını gerekli iterasyon sayısı ile değiştirilir.
Şekil 13
Ansys-Flotran’a Giriş 14

15. 15.02.2008
1.12 Analizin yapıldığı çevre koşullarının belirlenmesi
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set up>Flow environment kısmında
Referans koşulları , yerçekimi ivmesi gibi özellikler bulunmaktadır.
1.13 Çözüm
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set up>Solution options a tıklayarak
çözümleme özelliklerini değiştirebiliriz.
Ansys-Flotran’a Giriş 15

16. 15.02.2008
Şekil 14
1 >stady state(sürekli) veya transient (süreksiz)
2 >akış denklemlerini çöz (yes/no)
3>adyabatik/termal
4>Akış tipi(Reynold sayısına göre)
Re=ρVD/μ=VD/ν
Re<2500 laminar akış
Re>4000 Türbülent akış
5>Sıkıştırılabilir veya sıkıştırılamaz akışkan kabulü
ANSYS Main Menü>Solution>RUN FLOTRAN(çözümleme)
Ansys-Flotran’a Giriş 16

17. 15.02.2008
1.14 Sonuçlar
Bu kısım altın da elde edilen sonuçları görebiliriz.
ANSYS Main Menü>General postproc>Read results>first set
ANSYS Main Menü>General postproc>plot results
1.15 Save ve Exit
-Utility Menü > exit
-Save everything seçeneğini seçip her şeyi kaydedin ve programdan çıkın.
Şekil 15
Ansys-Flotran’a Giriş 17

18. 15.02.2008
2 2 BOYUTLU DIŞ AKIŞ PROBLEMİ
2.1 Problem tanımı: Şekilde verilen dairesel profile sahip 16,4 mm çapında boru
üzerine 18 C ve 6 m/s hız ile hava veriliyor.Borunun dış sıcaklığı 70 C olduğuna
göre
i) Borunun dış yüzeyinde oluşan hız hatlarını gösteriniz.
ii)Borunun dış hatları üzerinde oluşan basınç hatlarını gösteriniz. (SI birim sistemi)
Şekil 16
Utility Menü>File>Change jobname
Şekil 17
Ansys-Flotran’a Giriş 18

19. 15.02.2008
2.2 Analiz tipini seçilmesi
Preferences> FLOTRAN CFD >OK
Şekil 18
2.3 Analizde kullanılacak elementin seçilmesi
ANSYS Main Menü>Preprocessor>element type>Add/Edit/Delete
Element types >Add
Library of element types >FLOTRAN CFD>2D FLOTRAN 141>OK
Ansys-Flotran’a Giriş 19

20. 15.02.2008
Şekil 19
2.4 Akışkan özelliklerinin belirlenmesi
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set up>Fluid properties
Ansys-Flotran’a Giriş 20

21. 15.02.2008
Şekil 20
2.5 Akışkan özelliklerinin sayısal değerlerinin girilmesi
Havanın özellikleri Cp=1007J/kg.K ,viskozitesi:14.82e-6,yoğunluğu:1.217 kg/m^3
alınmıştır.
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Material Props>Material Models
Ansys-Flotran’a Giriş 21

22. 15.02.2008
Şekil 21
Şekil 22
Ansys-Flotran’a Giriş 22

23. 15.02.2008
Şekil 23
Şekil 24
Şekil 25
Ansys-Flotran’a Giriş 23

24. 15.02.2008
2.6 Akış sisteminin modellenmesi
ANSYS Main Menü>Preprocessor>modelling>Create>Areas>Rectangle>By 2
corners X=0 Y=0 Width=0.1m Height=0.1m girin ve OK
Şekil 26
ANSYS Main Menü>Preprocessor>modelling>Create>Areas>Circle>Solid circle
X=0.05m Y=0.05m Radius=0.0082m girin ve OK
Ansys-Flotran’a Giriş 24

25. 15.02.2008
Şekil 27
Oluşturduğumuz silindir kesitini akış yüzeyinden çıkartmak için
ANSYS Main Menü>Preprocessor>modelling>Operate>Booleans>Subtract>Areas
Çıkan ekranda ok diyerek tüm tüzeyi seçiyoruz.Ana kontrolde de ok diyoruz
Ansys-Flotran’a Giriş 25

26. 15.02.2008
Şekil 28
Şimdi de atılacak alanı seçiyoruz >OK
Şekil 29
Ansys-Flotran’a Giriş 26

27. 15.02.2008
Akış modelimizi oluşturduk.
ANSYS toolbar >save db
Şekil 30
2.7 Mesh
Ayarlarını yapmak için
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>Manual size>Picked lines
İlk olarak daire kısmındaki çizgileri seçiyoruz >Apply
Size kısmına 0.001 yazıyoruz >OK
Aynı işlemi dikdörtgen kenarları için uyguluyoruz ve Size kısmına 0.01 giriyoruz>OK
Mesh özelliklerini belirlemiş olduk.
Ansys-Flotran’a Giriş 27

28. 15.02.2008
Şekil 31
Ansys-Flotran’a Giriş 28

29. 15.02.2008
Şekil 32
Mesh işlemini gerçekleştirmek için ;
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free
Ansys-Flotran’a Giriş 29

30. 15.02.2008
Şekil 33
Modeli seçiyoruz >OK
Ansys-Flotran’a Giriş 30

31. 15.02.2008
Şekil 34
2.8 Sınır koşullarını uygulamak için;
ANSYS Main Menü>Solution>Define loads>Apply >Thermal>Temperature>on line
Borunun dış yüzey sıcaklığını uygulamak için dairesel çizgileri seçiyoruz >Apply
Ansys-Flotran’a Giriş 31

32. 15.02.2008
Şekil 35
Çıkan pencerede TEMP seçiyoruz ve sıcaklık değerini önceden belirttiğimiz sıcaklık
biriminde giriyoruz (343 K)>OK
Ansys-Flotran’a Giriş 32

33. 15.02.2008
Şekil 36
Sol taraftan verilen havanın sıcaklığını belirlemek için aynı işlemi yapıp sol çizgiyi
seçiyoruz(291 K) >OK
Ansys-Flotran’a Giriş 33

34. 15.02.2008
Şekil 37
2.9 Yükleme
Hava hızını belirlemek için
ANSYS Main Menü>Solution>Define loads>Apply >Fluid/CDF>Velocity>on lines
Dikdörtgenin sol tarafındaki çizgi seçilir ve Vx=6 m/s Vy=Vz=0 yazılır.
Ansys-Flotran’a Giriş 34

35. 15.02.2008
Şekil 38
Ansys-Flotran’a Giriş 35

36. 15.02.2008
Şekil 39
ANSYS Main Menü>Solution>Define loads>Apply >Fluid/CDF>Velocity>on lines
Aynı işlem silindirik yüzey için uygulanır. Vx=Vy=Vz=0 değerleri girilir >OK
Ansys-Flotran’a Giriş 36

37. 15.02.2008
Şekil 40
Ansys-Flotran’a Giriş 37

38. 15.02.2008
Şekil 41
Sınır değerleri uygulanmış şekil aşağıdaki gibi olmalıdır.
Ansys-Flotran’a Giriş 38

39. 15.02.2008
Şekil 42
- Basıncın çevre koşullarında olduğunu belirtmek için
ANSYS Main Menü>Solution>Define loads>Apply >Fluid/CFD>Pressure DOF >On
lines
Ansys-Flotran’a Giriş 39

40. 15.02.2008
Şekil 43
>OK
Ansys-Flotran’a Giriş 40

41. 15.02.2008
Şekil 44
-Referans koşullarını belirtmek için;
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set up>Flow environment
Ansys-Flotran’a Giriş 41

42. 15.02.2008
Şekil 45
Re=6x0.0164/14.82e-6=6639.6 > 4000
Reynold sayısı büyük olduğu için turbülans akıştır.
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set up>Turbulence>Turbulence
model>Standart K-E seçilir>OK
Ansys-Flotran’a Giriş 42

43. 15.02.2008
Şekil 46
> OK
Ansys-Flotran’a Giriş 43

44. 15.02.2008
Şekil 47
2.10 Çözümleme
koşullarını belirlemek için;
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set up>Solution options kısmında
özellikleri aşagıdaki gibi seçiyoruz.
Steady state
Thermal
Turbulence
İncompressible
>OK
Ansys-Flotran’a Giriş 44

45. 15.02.2008
Şekil 48
>OK
İterasyon sayısının belirlemek için ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set
up>Execution ctrl ye tıklıyoruz.EXEC yazan kısma 300 giriyoruz ve OK diyoruz.
Ansys-Flotran’a Giriş 45

46. 15.02.2008
Şekil 49
ANSYS Main Menü>Solution>Flotran set up>Run FLOTRAN
Ansys-Flotran’a Giriş 46

47. 15.02.2008
Şekil 50
Ansys-Flotran’a Giriş 47

48. 15.02.2008
Şekil 51
2.12 Sonuçlar
ANSYS Main Menü>General postproc>Read results>First set diyerek ilk ayarları
seçiyoruz.
Ansys-Flotran’a Giriş 48

49. 15.02.2008
Şekil 52
ANSYS Main Menü>General postproc>plot results>Contour plot>Nodal solution
kısmına girerek elde edilen sonuçları okuyoruz.
Aşağıda görüldügü gibi Nodal solution>DOF solution >pressure şeçerek ok diyoruz
ve çıkan ekran da basınç dağılımını görüyoruz.
Ansys-Flotran’a Giriş 49

50. 15.02.2008
Şekil 53
Ansys-Flotran’a Giriş 50

51. 15.02.2008
Şekil 54 Basınçlar
Ansys-Flotran’a Giriş 51

52. 15.02.2008
Şekil 55
Ansys-Flotran’a Giriş 52

53. 15.02.2008
Şekil 56 Akışkanın x yönündeki hızı
Ansys-Flotran’a Giriş 53

54. 15.02.2008
Şekil 57 Akışkanın y yönündeki hızı
Ansys-Flotran’a Giriş 54

55. 15.02.2008
Şekil 58 Düğüm sıcaklıkları
Ansys-Flotran’a Giriş 55

56. 15.02.2008
Şekil 59 Toplam akışkan hızı
Hız profilinin vektörel gösterilmesi
General Postproc>Plot Results>Vector Plot>Predefined
>OK
Ansys-Flotran’a Giriş 56

57. 15.02.2008
Şekil 60
Ansys-Flotran’a Giriş 57

58. 15.02.2008
3 2 Boyutlu Laminar Akış Problemi
3.1 Problem tanımı: 373 K sıcaklığa sahip iki plaka arasından 293K sıcaklığındaki
ve 0.05 m/s hızdaki havanın geçirilmesi sonucu akışkandaki sıcaklık değerlerinin ve
hız profilinin nasıl geliştiği.
(SI birim sistemi) > İki plaka arası mesafe 1.5mm plaka uzunluğu 90mm
3.2 Utility Menü>File>Change jobname
Şekil 61
-Preferences>FLOTAN CFD>OK
3.3 Analizde kullanılacak elementin seçilmesi
ANSYS Main Menü>Preprocessor>element type>Add/Edit/Delete
Element types >Add
Library of element types >FLOTRAN CFD>2D FLOTRAN 141>OK
3.4 Akışkan özelliklerinin belirlenmesi
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Flotran set up>Fluid properties
Density,Viscosity,Conductivity ve Specific heat özelliklerini constant olarak ayarlayın.
Ansys-Flotran’a Giriş 58

59. 15.02.2008
Şekil 62
3.5 Sonraki çıkan pencerede ortalama sıcaklık için bulunan hava değerlerini giriniz.
Akışkan malzemenin özelliklerinin sıcaklıkla değişmediği varsayılırsa
(100+20)/2=60 C için
D=1.146kg/m^3 , V=1.89e-5Kg/m.s, C=0.027W/m.K, Cp=1000J/Kg.K
*NOT:Eğer akışkan özellikleri sıcaklık ile değişiyorsa :
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Material Props>Material Models
Özellik seçilerek Add Tempurature a basarak çeşitli sıcaklıklardaki özellikleri yazarak
belirtebilirsiniz.
Ansys-Flotran’a Giriş 59

60. 15.02.2008
Şekil 63
3.6 Akış sisteminin modellemesi:
Dikdörtgensel bir alan oluşturarak sistemi tanımayabiliriz.
ANSYS Main Menü>Preprocessor>modelling>Create>Areas>Rectangle>By 2
corners
X=0 Y=0 Width=0.09m Height=0.0015m girin ve OK
Şekil 64
Ansys-Flotran’a Giriş 60

61. 15.02.2008
Şekil 65
3.7 ANSYS toolbar >save db
-Mesh özelliklerini ayarlamak için
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>Manual size>Picked lines
İlk olarak üst ve alt çizgileri seçiyoruz >Apply
Çizgileri bölmek istediğimiz eleman sayısını giriyoruz .NDIV= 100 >OK
Aynı işlemi sağ ve sol çizgiler için tekrarlıyoruz .NDIV=10>OK
Bölümleme işlemini gerçekleştirmek için ;
ANSYS Main Menü>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free
Modeli seçiyoruz >OK
Ansys-Flotran’a Giriş 61

62. 15.02.2008
Şekil 66
3.8 Sınır koşulları ve yük uygulamak için;
Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Fluid CFD>Velocity>On lines
Sol taraftaki çizgiyi seçin >OK ve hava hızını girin Vx=0.05 m/s Vy=Vz=0 >OK
Aynı işlemi üst ve alt çizgiler için uygulayın.Vx=Vy=Vz=0 > OK
Ansys-Flotran’a Giriş 62

63. 15.02.2008
Şekil 67
Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Fluid CFD>Pressure
DOF>On Lines sağdaki çizginin ucu açık olduğunu belirtmek için
Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Fluid CFD>Pressure
DOF>On Lines
Sağ çizgiyi seçin ve OK diyin.Basınç çevre koşullarında olduğu için basınç kısmına
hiçbir şey girmeden OK tuşuna basın.
Sıcaklıkları belirtmek için ;
Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Thermal>Temperature>On
Lines
Alt ve üst çizgileri seçin >OK> TEMP i seçin ve sıcaklık değerini Kelvin olarak girin
(373K)>OK
Yukarıda yapılan işlemi gerçekleştirip>
Sağ taraftaki çizgiyi setçinizde TEMP i seçin ve yine sıcaklık değerini girin(293K)
Ansys-Flotran’a Giriş 63

64. 15.02.2008
Şekil 68
Sınır değerleri uygulandığında son hal aşağıdaki gibi olmalıdır.
Şekil 69
Ansys-Flotran’a Giriş 64

65. 15.02.2008
3.9 Çözümleme ayarları için ;
Main Menu>Solution>Flotran Set Up>Solution Options
Açılan pencerede Thermal ve laminar akışı işaretleyin
>OK
Şekil 70
3.10 İterasyon sayısını belirlemek için ;
Main Menu>Solution>Flotran Set Up>Execution Ctrl
EXEC Global iterations kısmına 300 girin > OK
Ansys-Flotran’a Giriş 65

66. 15.02.2008
Şekil 71
3.11 Problemi çözmek için;
Solution>Run FLOTRAN
Çözümlemeyi bekleyin….
Aşağıdaki ekran belirdiğinde çözümleme sorunsuz gerçekleşmiş demektir.
Şekil 72
Ansys-Flotran’a Giriş 66

67. 15.02.2008
3.12 Sonuçlar
ANSYS Main Menü>General postproc>Read results>First set
ANSYS Main Menü>General postproc>plot results>Contour plot>Nodal solution
Şekil 73 Basınçlar
Şekil 74 Toplam akışkan hızı
Ansys-Flotran’a Giriş 67

68. 15.02.2008
Şekil 75 Sıcaklık dağılımı
General Postproc>Plot Results>Vector Plot>Predefined
Ayarları gösterimdeki gibi değiştirin
Ansys-Flotran’a Giriş 68

69. 15.02.2008
Şekil 76
>OK
Pozisyonlama menüsünü kullanarak yakınlaştırarak bakabilirsiniz.
Ansys-Flotran’a Giriş 69

70. 15.02.2008
Şekil 77 Hız profilinin gelişimi
*Not daha hassas sonuçlar için Mesh özelliklerini değiştirmeniz yeterli olacaktır.
Ansys-Flotran’a Giriş 70